JPH041438A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガソリンの外に各種のアルコールや、これら
の混合物を燃料として用いることができるようにした内
燃機関に係り、特に、燃料噴射方式の自動車用ガソリン
エンジンに好適な内燃機関の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、化石燃料枯渇や、排ガス浄化の見地から、燃料の
ガソリンにメタノールやエタノールなどのアルコールを
混合したり、或いはガソリンに置き換えて使用するよう
にした内燃機関に関心が持たれるようになってきており
、その例を、例えば特開昭６２−２４３９３７号 特開昭６３−２７２９３５号 特開平１　−１１３５５８号 特開平１　−１１３５５９号 特開平１　−１２１５３９号 特開平　１．−２１６０４０号 の各公報に、従来技術として見ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、燃料がメタノールとガソリンの混合燃
料から、エタノールとガソリンに変わった場合や、ガソ
リンそれ自体の性状が大きく変わった場合での制御の具
体化について配慮がされておらず、正確な空燃比制御が
可能な装置を容易に実現するという点で不充分な面があ
るという問題があった。

本発明の目的は、燃料の性状が種々に変わっても常に正
確な空燃比制御が可能で、排気ガス状態や、運転性悪化
の虞れの無い内燃機関制御装置を容易に提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、機関に供給される燃料の性
状を検出した後、この検出結果に基づいて、このときの
燃料に対応した理論空燃比を求め、この理論空燃比を目
標空燃比として燃料供給量を制御するようにしたもので
ある。

〔作用〕

機関の理論空燃比は、燃料の性状に対応して変化するが
、本発明では、現に機関に供給されている燃料の性状に
応じて、それに対応した理論空燃比が設定され、それを
目標空燃比として燃料供給量制御が遂行されるので、簡
単に正確な制御が可能になる。

また、このときに必要な理論空燃比は、燃料の性状、た
とえば、その屈折率などに対して簡単な関数関係をもっ
ているので、制御システムは容易に具体化でき、定常運
転時、過渡運転時を問わず、常に燃料供給量を最適値に
制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明による内燃機関制御装置について、図示の
実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、燃料１０は
燃料ポンプ７で加圧され、燃料噴射弁８に供給される。

燃料の一部は圧力レギュレータ１１を介し、燃料タンク
１２に戻る。

こ二で、１は燃料性状センサで、燃料ポンプ７と燃料噴
射弁８の間に配置されている。

燃料噴射弁８は間欠的に燃料を噴射し、燃料噴射量は制
御回路３で制御される。

第２図は制御回路３の構成を示したもので、ＣＰＵ３０
０、Ａ／Ｄコンバータ３１０、Ｉ１０ボート３２０、Ｒ
ＡＭ３３０、ＲＯＭ３４０、バッテリでバックアップさ
れるＲＡＭ３５０などからなるコンピュータを備え、Ｃ
ＰＵ３００は燃料性状センサ１がらの信号Ｖｆ、排気管
に取り付けたＯ、センサ５からの信号０２、図示してな
い水温センサからの信号Ｔｗ、ノックセンサ１３からの
信号ＫＮＯＣＫＩ　エアフロメータ２からの信号Ｑａ等
のアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ３１０を介して取り
込み、これらの信号の演算結果を、Ｉ１０ボート３２０
を介して出力し、噴射弁８などを制御する。

第３図に燃料噴射量の制御ブロック図を示す。

燃料噴射弁８から供給される燃料量Ｇｆは、となる。

二二で、Ｑａはエアフロメータ２より求めた空気量、Ａ
／Ｆは理論空燃比、Ｃ０ＥＦ＝１＋ＫＭＲ十ＫＴＷ十Ｋ
ＭＲは空燃比マツプ、ＫＴＷは水温補償マツプである。

従って、制御回路３から燃料噴射弁８に供給される噴射
パルス幅Ｔｉは である。ここで、Ｋは燃料噴射弁の流員特性で決まる定
数、Ｔ、は無効噴射パルス、そして、Ｎはエンジン回転
数である。

いま、燃料がガソリンだけだったとすると、このときの
理論空燃比Ａ／Ｆは約１５であるので、噴射パルス幅は
Ｎ、Ｑａ　、Ｃ０ＥＦだけで決まる。

しかして、ガソリンとメタノールが混合した燃料では、
ガソリンの理論空燃比が１５に対し、メタノールの理論
空燃比が約７であるため、ガソリンの約２倍の燃料を供
給する必要がある。

このことから、どのような燃料でも、その燃料の理論空
燃比Ａ／Ｆが検出できれば、噴射パルス幅、つまり燃料
供給量を常に最適に制御できることになり、従って、こ
の実施例では、燃料性状に応じて、その理論空燃比Ａ／
Ｆを検出して燃料供給量を制御するように構成している
のである。

第４図に燃料性状センサ１の一実施例を示す。

なお、この第４図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図で
ある。

図から明らかなように、この燃料性状センサ１は、検出
用の回路１６と、センサ部本体１８、それに温度センサ
１７より構成され、これらをケースＣに収容したもので
あり、燃料は燃料通路２２ａからセンサ内の燃料通路２
２ｃに太番ハ燃料通路２２ｂを通って燃料噴射弁８に供
給される。

第５図はセンサ部本体１８の構成を示したもので、フォ
トダイオードなどからなる受光素子１９と、発光ダイオ
ードなどからなる発光素子２０と、これらの素子を光学
的に結合する（５字型の光ファイバ２１により構成され
、この光ファイバ２１のＵ字型の折り返し部分が、燃料
通路２２ａから燃料通路２２ｃを通って燃料通路２２ｂ
／＼通過する燃料の中に浸されるようになっている。

発光素子２０で発光された光は光ファイバ２１を通過し
て受光素子１９に達するが、このとき、光ファイバ２１
のＵ字型の折り返し部分が燃料の中に浸されているので
、燃料の屈折率により光ファイバ２１からの光の漏れ量
が変化し、受光素子１９に達する光量が変る。

一方、燃料の屈折率はガソリンとアルコールとでは異な
り、従って、燃料がガソリン単体が、あるいはアルコー
ルとの混合物か、さらには、それらの混合割合によって
屈折率が異なるため、受光素子１９で検出される光量を
検出することにより燃料の混合割合を検出することがで
きる。

第６図にアルコールの混合割合に対するセンサ出力Ｖｆ
の関係を示す。

この第６図から明らかなように、エタノールの体積が大
きくなるにつれて液の屈折率が小さくなり、従って、光
ファイバ２１からの光のもれ量が小さくなり、センサ出
力Ｖｆが大きくなる。

この場合、エタノールとガソリンの混合燃料では、エタ
ノールとメタノールの屈折率が異なるため、センサ出力
Ｖｆが異なってしまう。

ところで、従来技術では、たとえば燃料性状センサを用
いたとしても、そのセンサ出力Ｖｆに応じて、第３図で
説明した、定数Ｃ０ＦＦを修正しているため、メタノー
ル、エタノールごとに燃料修正Ｃ０ＥＦを用意し、それ
らを切換えて制御しなければならない。またメタノール
とエタノールの区別もしなければならず、従って、従来
技術では、信号処理の内容や構成が複雑化し、実用化が
困難なのである。

しかして、上記したように、この実施例では、燃料性状
に応じて、その理論空燃比Ａ／Ｆを検出して燃料供給量
を制御するように構成しているのであり、以下、この実
施例の動作について、さらに詳しく説明する。

まず、第７図は、燃料の屈折率と、この燃料による理論
空燃比の関係を示したもので、この第７図から明らかな
ように、屈折率と理論空燃比はほぼ直線関係にあり、ま
たメタノール、エタノールのいずれの混合燃料でも１つ
の直線上に整理できることが判り、他方、燃料の屈折率
とセンサ出力Ｖｆの関係について調べてみると、これは
、第８図に示すように、これも直線的になっていること
が判る。

従って、これらのこから、センサ出力Ｖｆと理論空燃比
の関係を求めてみると、第９図に示すようになっており
、センサ出力Ｖｆによって、理論空燃比が直ちに求めら
れることになる。すなわち、第３図のブロック図におけ
るＡ／Ｆを、センサ出力Ｖｆに応じて変化させてやれば
、それだけで常に最適な燃料制御を行うことができる。

そこで、この実施例では、−例としてセンサ出力に対す
る理論空燃比を、第１０図のようなマツプにしてＲＯＭ
３４０に用意しておき、このマツプをセンサ出力Ｖｆに
より検索して、必要な理論空燃比を求め、これをＡ／Ｆ
として（１）式と（２）式に代入し、噴射パルス幅Ｔｉ
　を演算するようになっている。

なお、別の実施例としては、マツプに代えて、その都度
、 Ａ／Ｆ＝Ａ十ＢＸＶｆ という−次式を用い、演算によりＡ／Ｆを求めるように
してもよい。ここで、Ａ、Ｂはそれぞれ定数である。

ところで、以上の実施例では、制御のための理論空燃比
Ａ／Ｆの算定に必要な、燃料がガソリン単体か、アルコ
ールとの混合燃料か、そして、この場合なら混合割合は
どうかなどの燃料性状を、この燃料の屈折率により測定
するように構成しているが、この使用する燃料に対応し
た理論空燃比Ａ／Ｆの算定に必要な燃料性状の検出を、
屈折率以外の燃料の性質から求めるようにしても良く、
以下、このような本発明の別の実施例について説明する
。

まず、第１１図は、ガソリンやアルコールなどの燃料の
分子熱と理論空燃比の関係を示したもので、この図から
明らかなように、潜熱と理論空燃比も直線的な関係を示
す。

そこで、燃料の分子熱を検出することによっても理論空
燃比を求めることができることが判り、従って、本発明
の一実施例としては、このような燃料の分子熱を検出す
るセンサを設け、この分子熱の検出結果から理論空燃比
Ａ／Ｆを算定し、燃料供給量を制御するように構成する
ことができる。

次に、第１２図は、燃料の誘電率と理論空燃比の関係を
示したもので、このように、誘電率と理論空燃比も直線
的な関係を示す。

従って、本発明の他の一実施例としては、燃料の誘電率
を検出することによって理論空燃比を求め、燃料供給量
を制御するように構成したものでもよい。

ところで、本発明は学習制御方式として実施しても良い
。すなわち、バッテリバックアップＲＡ　Ｍ３５０を用
い、それに、所定の時期ごとに算定した、そのときの燃
料に対応した理論空燃比Ａ／Ｆを格納しておき、燃料供
給量制御に使用するように構成するのである。

第１３図は、このような学習制御方式の本発明に一実施
例における理論空燃比（Ａ、／Ｆ）の修正ルーチンを示
したもので、このルーチンに入ると、まずバッテリバッ
クアップＲＡＭ３５０から（Ａ／Ｆ）を読み出す（Ｓｌ
）。次にセンサ信号より理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒを求め
る（Ｓ２）。

そのあと、　（Ａ／Ｆ）と（Ａ／Ｆ）□の差を求め（Ｓ
３）、その差が成る一定値を越えた場合（Ｓ４）、（Ａ
／Ｆ）Ｒを新たな（Ａ／Ｆ）に置き換え（Ｓ５）、バッ
テリバックアップＲＡＭ３５０の内容を修正するのであ
る。

ところで、第１４図はガソリンとメタノールとの混合燃
料中でのメタノール体積（％）と屈折率の関係を示した
ものであるが、この図から明らかなように、アルコール
混合燃料では温度によってその屈折率が異なる。

従って、上記した燃料の屈折率から理論空燃比を求める
ようにした実施例では、温度補償を行う必要があり、以
下、このような温度補償動作について説明する。

第１５図は、第４図に示したセンサ回路１６の一実施例
を示したもので、発光素子２０より発した光は光ファイ
バ２１を通り、受光素子１９で受光される。

温度センサ１７は、例えば、登録商標名がサーミスタな
どとして知られている素子で、第４図から明らかなよう
に、燃料通路２２ｃ内の燃料中に挿入されている。この
ため、その抵抗値は燃料の温度によって変化し、これに
より受光素子１９からの信号処理特性を変える。従って
、温度センサの抵抗−温度特性を適当に選ぶことによっ
て、適切な温度補償がされたセンサ出力■。。、を得る
ことことができる。

次に、上記実施例におけるセンサの取付は方法を第１６
図に示す。

この実施例では、図示のように、燃料噴射弁８に燃料を
分岐させるために設けられている燃料ギヤラリ２６に、
燃料性状センサ１を一体化して取付けるように構成して
いる。

従って、この実施例によれは、燃料噴射弁８の直前の燃
料性状を検出することができるので、正確な燃料量の制
御が可能である。なんとなれば、この燃料性状センサ１
を燃料噴射弁から離れた位置に配置したのでは１例えば
燃料ホース内で、燃料とメタノールが分離することが生
ずるため、燃料噴射弁から噴出する燃料の性状が正確に
検出できなくなってしまう虞れを生じるが、この実施例
では、このような虞れがないからである。

次に、燃料性状センサの他の一実施例について、第１７
図により説明する。

この第１７図の実施例では、発光素子２０、受光素子１
９、それに光ファイバ２１の外に、受光素子２７が設け
られている。

そして、発光素子２０から発した光の一部を、この受光
素子２７で検出し、発光素子２０自体からの発光光量を
求め、それにより信号を補正するようになっているもの
である。

発光素子２０は、周囲の温度によって発光量が変化する
ので補正が必要であるが、この実施例によれば、このよ
うな発光量の変化が受光素子２７で検出できるので、精
度の良い屈折率検出か可能になる。

第１８図は、この第１７図の実施例における回路構成を
示したもので、発光素子２０の発光量の一部は発光素子
２７に入力され、ここで検出されるが、残りの大部分の
光ゑは光ファイバ２１に入射され、受光素子１９で受光
される。

従って、受光素子１９と２７の信号の差をオペアンプＯ
ＰＩで求めることによって、ＬＥＤ発光素子２０の温度
変化を補正することができる。なお、信号差は次のオペ
アンプＯＰ２によってスパン調整を行う。また、図示さ
れている液温補正用の抵抗によって液温補正を行う。

次に、燃料性状センサｌの具体的構成について説明する
。

まず、第１９図はセンサ部先端の拡大図を示したもので
、この例は、光ファイバ２１とセンサ部本体１８との間
でのシールのため、エポキシにカーボンブラックを混ぜ
た充てん材２７を用いた一実施例である。

この実施例では、充てん材２７中にカーボンブラックが
混入されているため、良好な耐メタノール性、耐ガソリ
ン性を与えることができる。

次に、光ファイバ２１とセンサ部本体１８とのシール方
法についてのさらに別の実施例について、第２０図によ
り説明する。

まず、第２０図（ａ）の実施例は、光ファイバ２１の周
囲に屈折率１．５以上のコーティングガラス２９を蒸着
し、その周囲に低融点ガラス３０を溶着してシールした
ものである。なお、センサ部本体１８の溶着ガラス３０
の周囲に位置る部分には、ガラスに線膨張係数が近い金
属、例えば、白金、イリジウム、コバールなどを用いる
。

つぎに、第２０図（ｂ）の実施例は、光ファイバ２１の
表面に金属３２を蒸着し、その周囲に低融点金属３３を
融解してセンサ部本体１８に接合させ、シールしたもの
である。なお、蒸着すべき金属としては、白金、イリジ
ウム、チタン、ニッケル、コバール等を用いればよい。

また、第２０図（ｃ）の実施例は、センサ部本体１８と
光ファイバ２１とを有機接着剤３４でシールしたもので
ある。このときの有機接着剤３４としては、例えば、液
晶ポリマー、ポリアミドなどを用いればよい。

最後に、第２０図（ｄ）の実施例は、餠ガソリン、耐ア
ルコール製のゴムからなるパツキン３６でシールするよ
うにしたものである。なお、このようなパツキン３６は
Ｏリングなどと呼ばれている。

ところで、このような、吸気管内燃料噴射方式のエンジ
ンでは、第２１図（ａ）に示すように、燃料噴射弁８か
ら噴射した燃料の一部は吸気管壁面３１や吸気弁３２に
付着し、シリンダ内に流入する量が変化する。つまり、
同図（ｂ）に示すように、噴射された燃料Ｇｆの大部分
は直接シリンダ内へ流入するが、その一部は吸気管壁面
に付着して燃料液滴Ｍとなる。その後、この壁面に付着
した燃料液滴Ｍの一部は蒸発し、やがてシリンダ内に流
入する。

第２２図は、この燃料液滴Ｍの気化率の時間的変化を示
したものであるが、この図から明らかなように、変化は
ほぼ２段階となっている。これは、ガソリンが多成分の
燃料で構成されているため、蒸発しやすい重質分、蒸発
しにくい重質分の蒸発特性が異なるためである。

ガソリンでも重質分が多い場合、その蒸発特性が、一般
のガソリンに比べて異なるため、過渡時の燃料補正など
変化させる必要がある。

第２３図（ａ）、（ｂ）にガソリン成分中のカーボン分
子数ｍと屈折率、沸点の関係を示す。カーボン分子数ｍ
が大きくなるにつれて、屈折率が大きくなる。また沸点
も高くなっており、カーボン数が大きいガソリン成分は
ど蒸発しにくくなることが判る。

従って、このことから、屈折率を検出することによって
、燃料の蒸発特性を検知できる。各成分のカーボン数と
誘電率７分子熱も同様な関係があるため（第２５．２６
図）、誘電率７分子熱を検出しても、燃料の蒸発特性を
検出できる。

そこで、以下、この燃料の蒸発特性の検出結果により、
上記した、吸気管壁面での付着燃料液滴Ｍによる燃料供
給量制御の遅れを補正するようにした、本発明の一実施
例について説明する。

第２４図は、この実施例の燃料制御のブロック図で、燃
料噴射弁８から供給すべき燃料量Ｇｆは−Ｘ となる。ここで、Ｘは燃料の付着率、では蒸発時定数、
Ｍｆは吸気管壁面の燃料付着量であり、さらに、これら
の間には、以下の関係がある。

すなわち、 ｄｔ　　　　　　τ の関係があり、さらに、 Ｘ＝Ｘ、（Ｔｐ、Ｎ）十Ｘ、（Ｔｐ、Ｔｗ）＋Ｘ、（Ｖ
ｆ）τ＝τ、（Ｔｐ、Ｎ）Ｘτ、（Ｔｐ）Ｘτ、（Ｖｆ
）の関係がある。なお、ここで、Ｘ、（Ｔｐ、　Ｎ）は
基本噴射パルス幅Ｔｐと回転数Ｎで決まる値であり、 Ｘ、　（Ｔｐ、　ＴＶ）はＴｐと水温Ｔｗで決まる値、
Ｘ、　（Ｖｆ）は燃料性状センサ信号から求まる値であ
り、さらに、付着率Ｘは水温、燃料の蒸発しやすさ、燃
料量、それに回転数Ｎで決まる。

一方、 τ、（Ｔｐ、Ｎ）はＴｐと回転数Ｎで決まる値、τ、　
（Ｔｗ）は水温ＴＶで決まる値、τ、　（Ｖｆ）は燃料
性状センサ信号から求まる値である。

従って、この実施例によれば、燃料の蒸発特性が変化し
ても、過渡運転時も含めて常に最適な燃料噴射量を供給
することができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、燃料の性状を検出し、燃料量を正確に
計量し、最適な空燃比に制御できるので、燃料がガソリ
ンの場合に限らず、メタノール、エタノールなどの混合
燃料に変った場合でも、定常時、過渡時を含めて常に良
好な排気ガス特性を保ち、燃費、運転性を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関制御装置の一実施例を示
す構成図、第２図は制御回路の構成図、第３図は制御ブ
ロック図、第４図は燃料性状センサの一実施例を示す説
明図、第５図はセンサ部の構成図、第６図、第７図、第
８図、第９図はそれぞれ動作説明用の特性図、第１０図
はマツプの説明図、第１１図、第１２図は動作説明用の
特性図、第１３図は動作説明用のフローチャート、第１
４図は燃料の屈折率とメタノール体積の関係を示す特性
図、第１５図は燃料性状センサの一実施例における回路
図、第１６図は燃料性状センサの他の一実施例を示す説
明図、第１７図は燃料性状センサのさらに別の一実施例
を示す説明図、第１８図は燃料性状センサの一実施例に
おける回路図、第１９図は燃料性状センサの一実施例に
おけるシール構造の説明図、第２０図は燃料性状センサ
のシール構造のさらに別の一実施例を示す説明図、第２
１図及び第２２図は燃料噴射に伴う問題点の説明図、第
２３図は炭素数と屈折率、沸点の関係を示す特性図、第
２４図は本発明のさらに別の一実施例の制御ブロック図
、第２５図は燃料中の炭素数と誘電率の関係を示す特性
図、第２６図は同じく燃料中の炭素数と分子熱の関係を
示す特性図である。 １・　燃料性状センサ、２・・・エアフロメータ、３・
・・・・制御回路、８・・・・燃料噴射弁。 第 図 １　−−−１’：糾ｔ【収ぞンリ　　　８−−一燃廖＋
唄、身１今２−−−エア７０メーツ　　　　　９−−−
１１糎＃！Ｌセ７寸５−０２七ン・ワ−１３−−−ノ、
クゼン１７−−−マ戴簿斗軍°ンフ。 第 図 メタノーシ俸積　（＠／、） エタノーセ伴＃Ｃ％） 第 図 （ｂ） 第 図 ／ ／ 第 図 ＋００ ８゜ エタノ−１Ｌ７ｆｊ４　（５−） 第 図 １．３３ １．３５ １．４０ １．４５ ｅン−ｒｔ！ｉｎ　Ｖｆ　（Ｖ） 第 図 ６゜ １ω エタノ−）しが１才１　　Ｆ’／、１ 第 図 エタノ一番伴橿　（％） 第 １３図 第 図 メタノール４率才１（％） 第 図 ０″′ｌ 〜ト ■ ト 第 図 第２０ 図 （ｂ） 戸開（ｍｓ＋ 第 図 （ｂ） Ｏ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の運転状態を検出し、この検出結果に基づ
   いて燃料供給量を制御する方式の内燃機関の制御装置に
   おいて、燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、こ
   の燃料性状検出手段による検出結果に基づいて燃料の性
   状に対応した理論空燃比を計算する演算手段とを設け、
   この演算手段から与えられる理論空燃比を目標空燃比と
   して上記燃料供給量の制御を実行するように構成したこ
   とを特徴とする内燃機関制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記燃料性状検出手段が
   、液体状態にある燃料の屈折率、誘電率及び分子熱の少
   なくとも１の計測により燃料性状を検出するように構成
   されていることを特徴とする内燃機関制御装置。 ３、請求項１の発明において、上記燃料性状検出手段が
   、液体状態にある燃料の屈折率を測定し、この測定結果
   から燃料の沸点を算定して燃料の性状を検出する燃料性
   状検出手段で構成されていることを特徴とする内燃機関
   制御装置。 ４、請求項１の発明において、上記演算手段が、上記燃
   料性状検出手段の検出結果に基づくテーブル検索手段に
   より構成されていることを特徴とする内燃機関制御装置
   。 ５、請求項１の発明において、上記燃料性状検出手段が
   、液体状態にある燃料の中に浸漬した少なくとも１の屈
   曲部を有する光ファイバ部材を備え、この光ファイバ部
   材の通過光量変化により燃料性状を検出するように構成
   されていることを特徴とする内燃機関制御装置。 ６、請求項５の発明において、上記光ファイバ部材とし
   て、屈折率１．４５以上の石英ファイバが使用されてい
   ることを特徴とする内燃機関制御装置。 ７、請求項５の発明において、上記光ファイバ部材が、
   低溶融ガラスによる溶着封止、接着剤による接着封止、
   及びＯリングによる圧着封止の少なくとも１により封止
   されていることを特徴とする内燃機関制御装置。